Leitor de disco de madeira: 20 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Por jbumsteadJon BumsteadFollow Mais do autor:

Sobre: Projetos em luz, música e eletrônica. Encontre todos eles no meu site: www.jbumstead.com Mais sobre o jbumstead »Projetos Fusion 360»

Eu queria demonstrar como os dispositivos de armazenamento de informações funcionam construindo uma máquina de reprodução de discos em grande escala. Em vez de ser baseado em interferência de luz como CD players, o dispositivo que construí toca discos de madeira com orifícios e "não orifícios" (como me refiro a eles neste instrutível) que passam ou bloqueiam um feixe de laser. Esses buracos e não buracos correspondem a 1's e 0's em dados binários que codificam uma mensagem de texto, como uma letra de música ou uma citação. As informações binárias são lidas do disco, armazenadas em um Arduino e decodificadas para exibir a mensagem de texto em uma matriz de LED na parte frontal do dispositivo. Conforme os dados estão sendo lidos, a matriz de LED é preenchida para visualizar as informações binárias. Quando um bit alto é lido, uma nota MIDI também é tocada. A música produzida pode parecer aleatória, mas simboliza uma série de 1's e 0's que realmente contém informações significativas.

O reprodutor de disco de madeira que criei só pode conter cerca de 700 bits (<0,1 kB) por causa do tamanho dos orifícios no disco. Portanto, as mensagens que podem ser armazenadas são curtas. Para referência, um CD pode conter cerca de 700 MB de informações, o que é cerca de 10 milhões de vezes mais informações do que os discos de madeira que fiz. Todo o projeto ajuda a imaginar a escala de armazenamento de informações em CDs (um dispositivo de armazenamento já ultrapassado) e como a informação digital é lida e decodificada em algo significativo para os humanos.

Neste instrutivo, examinarei o projeto e a construção do sistema, como a mensagem foi convertida em informações binárias em um disco de madeira e os muitos desafios ao longo do caminho.

O projeto foi inspirado por muitas fontes, incluindo:

O canal de 8 bits do Show and Tell tinha um vídeo incrível sobre uma mensagem secreta armazenada em um registro que podia ser lido em um Commodore 64

Gravadores verticais, como os de Gramovox e Roy Harpaz

Dispositivos mecânicos para tocar música chamados polifons, desenvolvidos em meados de 1800

O Museu de História do Computador em Mountain View, CA

Vídeo de Techmoan sobre o CED Videodisc desenvolvido pela RCA

Registros, CDs e DVDs de imagens da Applied Science com microscópio eletrônico

Codificadores rotativos ópticos

Suprimentos

Folha de madeira compensada 10X 10”x15” x 1/8”

Folha de acrílico branco

1X motor DC 50RPM

1X Arduino Nano

1X H-bridge L9110

1X motores de passo Motor de passo bipolar Nema 17 (3,5 V 1A)

Parafusos de chumbo 1X 2 mm

2X pillow blocks 21. Duas porcas de parafuso de avanço 22. Bucha deslizante de dois rolamentos e eixos lineares de 200 mm:

1X display de matriz DOT MAX 7219

Fonte de alimentação 1X 5V

1X mini cabo USB

Fotodiodos 2X -

2X LEDs IR

1X fotodiodo IR

Módulo de laser 2X 650nm

1X 5,5 x 2,5 mm de montagem em painel de tomada de alimentação DC

1X interruptor de alimentação -

1X conector MIDI -

3X LM358 op amp

2X transistores NPN

1X transistor TIP120

2X diodos

3 potes de acabamento de 10k

Resistores conforme mostrado no esquema do sistema

Placa de protótipo

Ímãs de 8 mm de diâmetro -

Kit de hardware métrico

Etapa 1: Visão geral do sistema

O objetivo do dispositivo é decodificar uma mensagem armazenada em um disco de madeira. Nesta etapa, fornecerei uma visão geral rápida de todo o processo.

1. Escolha uma mensagem. Escolhi mensagens de alguns dos meus escritores e músicos favoritos para armazenar no disco. No desenho de exemplo acima, tenho o clássico "não entre em pânico!" do Guia do Mochileiro das Galáxias.

2. Crie uma tabela de conversão binária. Se você não está familiarizado com informações binárias, existem muitos livros, cursos e vídeos úteis para aprender tudo sobre o processo. A ideia básica é chegar a combinações únicas de 1s e 0s que correspondam a alguma ação, valor, letra ou outra entidade. Para meu reprodutor de disco, concentrei-me na decodificação de mensagens. Portanto, criei uma tabela que conectava números binários de 5 bits a um caractere (por exemplo, 00100 corresponde à letra "d"), que está anexada nesta etapa. A tabela que criei é uma versão truncada da tabela ASCII de 8 bits.

3. Converta a mensagem em binário. Usando a tabela que criei, cada caractere da mensagem é convertido em binário e salvo para criar uma sequência binária.

4. Organize o binário em um disco. Agora que eu tinha uma mensagem binária, precisava considerar como armazenar as informações em um disco de madeira de uma forma que pudesse ser lida por um dispositivo. Decidi armazenar os 1s e 0s como não orifícios e orifícios dispostos em um círculo (como um CD). Assim que uma revolução completa fosse preenchida com informações, os próximos dados seriam armazenados em outra linha, movendo-se radialmente para fora. Optei por ler um bit de cada vez, portanto, apenas um detector de dados é necessário. Conforme o disco gira, os orifícios e não orifícios passam pelo detector.

Mas como o detector sabe quando ler os dados? Como poderia ter certeza de que o detector de dados estava lendo no momento certo quando o buraco no disco estava sobre o detector? Resolvi esse problema adicionando um detector de "relógio" que permanece estacionário no dispositivo. O anel mais interno do disco possui orifícios colocados uniformemente. Quando o detector de relógio registra uma borda descendente ou ascendente, o detector de dados lê um bit de informação. Os processos listados de 2 a 4 foram todos feitos usando Matlab e são discutidos na Etapa 18.

5. Leia em binário com o reprodutor de disco. O relógio e os detectores de dados consistem cada um em um laser e um fotodiodo. Quando não há buraco, o laser reflete no disco e atinge o fotodiodo e registra um 1. A saída do fotodiodo é amplificada, binarizada com um gatilho Schmitt e lida digitalmente com um Arduino Nano. Depois de completar uma linha do disco, um motor de passo (motor de passo Bipolar Nema 17 3.5V 1A) traduz o detector de dados para a próxima linha do disco. A posição inicial do trilho segurando o detector de dados é determinada usando uma fotointerrupção na posição superior do trilho. O player consiste em uma saída MIDI, que produz uma nota cada vez que um 1 é lido. Os detalhes do circuito serão descritos em etapas posteriores.

6. Decodifique o binário e exiba uma mensagem. Depois que todo o disco é lido, o Arduino decodifica o binário na mensagem e o salva como uma string. A mensagem é exibida no display Dot Matrix (MAX 7219).

Etapa 2: modelo CAD, corte a laser e impressão 3D

Segundo Prêmio no CNC Contest 2020